As redes de distribuição de energia modernas baseiam-se na utilização de dispositivos de proteção que não falham ao responder a mudanças repentinas na eletricidade. A origem desses transientes pode ser descargas atmosféricas, chaveamento de cargas com alta indutância, ruído na rede, energização de bancos de capacitores ou falhas em equipamentos. Elementos de proteção contra surtos, sistemas de isolamento, para-raios, disjuntores em uma rede de distribuição e equipamentos de relés de resposta a surtos devem ser capazes de suportar tais picos de tensão breves, porém drásticos. Controle laboratorial sobre geradores de surto é fundamental para validar esse desempenho, uma vez que padrões de perturbação realistas são reproduzidos em condições reproduzíveis.
Em sistemas reais, as ocorrências transitórias raramente são uniformes. Ondas de tensão mais íngremes são causadas por descargas atmosféricas, e a comutação de capacitores provoca picos de energia mais lentos, porém intensos. As máquinas industriais, que iniciam com um salto, causam perturbações repetitivas. Os dispositivos de proteção da distribuição de energia precisam estar cientes dessas ocorrências, ser capazes de absorver essa energia e responder sem degradação. A simulação de surtos permite que os engenheiros visualizem essas capacidades antes que os equipamentos sejam montados em campo.

Objetivo da simulação de surtos na engenharia de proteção

Equipamentos de proteção são instalados para conduzir ou reverter a energia antes que ela entre em contato com equipamentos sensíveis nas estações de trabalho. Cada uma dessas funções é verificada por simulação de surtos utilizando pulsos de sobretensão controlados. Na ausência dessa validação, os equipamentos podem funcionar perfeitamente em seus modos de operação subdimensionados, mas falhar em uma interação transitória imprevista.
Um testador de surtos de impulso é um duplicador de formas de onda de surtos que são precisamente definidas em termos de tempo de subida, tensões máximas e decaimento. Isso permite que os engenheiros testem não apenas a capacidade de resistência, mas também a sequência de operação dos dispositivos de proteção. Os fabricantes gostam LISUN Fornecer um sistema de sobretensão calibrado, especialmente utilizado em testes de segurança elétrica, com alta repetibilidade para garantir que o comportamento transitório elétrico seja medido em vez de valores aproximados.

Avaliação da resistência e das características de ruptura do isolamento

A prevenção inicial de sobretensão transitória geralmente envolve o isolamento. Cabos, enrolamentos, buchas e carcaças de conectores devem ser resistentes a grandes variações de tensão elétrica. Testes com corrente alternada (CA) ou contínua (CC) constantes não indicam o comportamento do isolamento sob aumentos abruptos de tensão. Equipamentos de proteção contra surtos são submetidos a tensões dinâmicas pela geração de ondas de impulso, como o padrão de 1.2/50 ms. À medida que a tensão aumenta rapidamente, os campos elétricos se concentram nas junções de orifícios microscópicos, fissuras e nas interfaces dos materiais.
O teste indica que o isolamento é capaz de se recuperar após uma situação temporária ou quando descargas parciais internas se acumulam e levam a uma ruptura. Geradores de surto determinam a tensão exata na qual a ruptura ocorre, onde a energia é concentrada e se o padrão de falha indica defeitos de fabricação.

Verificação de dispositivos de proteção contra surtos e para-raios

Os dispositivos de proteção contra surtos (DPS) e os para-raios são projetados para absorver picos de energia momentâneos. Os valores especificados no papel, no entanto, devem ser semelhantes às características das respostas reais em condições reais. Os testes de surto consistem na análise do comportamento dos terminais, da uniformidade das reações entre as fases e da estabilidade da dissipação de energia.
Um dispositivo de proteção ativado tardiamente pode causar sobrecarga de energia transitória nos circuitos de distribuição. Um desses dispositivos, ao ser acionado prematuramente, pode provocar um curto-circuito e sobrecarregar os disjuntores a montante. Os geradores de surto auxiliam na garantia de que não haja discrepância nos limites de operação em múltiplos circuitos. O comportamento de envelhecimento também é observado no teste de impulso.

Coordenação de relés e disjuntores em condições transitórias

A utilização de relés de proteção digital e disjuntores em redes de distribuição modernas é crucial e eles precisam se comportar adequadamente em situações de surto. Medindo as variações de tensão e atuando instantaneamente, os relés monitoram os níveis de tensão. Os disjuntores interrompem as falhas somente quando solicitados e, nesse momento, precisam estar sincronizados com o reconhecimento do transiente.
Mesmo os disjuntores em si não devem sofrer danos físicos durante eventos de alta energia. As câmaras de extinção de arco em seu interior são submetidas a altas tensões elétricas em ocorrências transitórias. Essas condições são reproduzidas com segurança e em um ambiente controlado nos geradores de teste. Medindo a velocidade de abertura do disjuntor sob tensões transitórias de pico, os engenheiros verificam se os mecanismos de operação são consistentes ciclo após ciclo.

Análise de proteção de transformadores e enrolamentos

Os transformadores sofrem tensões severas durante a ocorrência de surtos. O acoplamento da onda incidente aos enrolamentos é irregular, o que leva à concentração do campo elétrico entre as espiras. Geradores de surtos são utilizados para determinar a capacidade de suportar impulsos de raio, os parâmetros de coordenação do isolamento e o comportamento da tensão entre as espiras.
Na maioria dos casos, o enrolamento do transformador pode parecer estável em condições normais, mas apresentar falhas com a queda do isolamento quando a tensão aumenta rapidamente de forma transitória. Os padrões de oscilação resultantes, o comportamento de ressonância elétrica e as características de amortecimento são analisados ​​por engenheiros. Esses parâmetros determinarão a geometria da pista de rolamento e a espessura do isolamento adequadas para uso em campo. Os resultados dos testes realizados com um testador de surto de impulso calibrado são muito mais precisos do que a modelagem teórica isolada.

Confiabilidade da montagem de cabos e conectores sob impacto de sobretensão

Em longas distâncias de transmissão, cabos de energia, conectores e terminadores sofrem surtos de tensão. Esses componentes são mais suscetíveis à contaminação por poeira, entrada de umidade e isoladores antigos. O teste de surto determina a resistência das carcaças dos conectores e das camadas dielétricas dos cabos a picos de tensão sem o desenvolvimento de canais de descarga parcial.
A forma de onda momentânea se manifesta com os conectores apresentando bordas metálicas ou irregularidades no isolamento. Caso haja um ponto frágil, a sobretensão forma campos focais que podem danificar passagens microscópicas. O teste manterá os conjuntos de cabos estáveis ​​em condições extremas, eliminando a ocorrência de falhas em futuras instalações subterrâneas e aéreas.

Importância da modelagem e repetibilidade da forma de onda

A fidelidade da forma de onda nos testes de surto é uma maneira precisa de testá-los. Uma forma de onda com tempo de início ou de cauda incorretos, portanto, não representa as condições reais de campo. Os geradores de surto emitem impulsos exatamente da maneira que permite que os dispositivos de proteção sejam submetidos a estresse elétrico realista.
A repetibilidade garante a consistência do desempenho quando medida entre lotes. Os resultados dos testes são pouco confiáveis ​​caso a forma de onda varie em uma frequência muito alta. Sistemas de qualidade como os desenvolvidos por LISUN Possuem sistemas de calibração interna que permitem a precisão das formas de onda mesmo após uso prolongado. Essa estabilidade é utilizada pelos engenheiros para comparar materiais, projetos de isolamento, dispositivos de proteção e sistemas de comutação em períodos estendidos.

Figura: Gerador de surtos

Integração em estruturas de certificação de produtos

A documentação sobre o desempenho em surtos, logo antes da aprovação dos produtos, é obrigatória na maioria das normas de segurança elétrica. Os diversos tipos de surtos são frequentemente exigidos nos programas de certificação nacionais e internacionais, como testes de impulso de raio, testes de surto de manobra e testes de onda combinada. Os geradores de surto permitem que os fabricantes atendam a essas necessidades de forma eficaz.
Os testes de impulso controlados em laboratório também são importantes para os órgãos certificadores, pois a observação de surtos em campo não é previsível. Uma temporada de raios pode fazer com que um dispositivo de proteção funcione corretamente, enquanto a falha na temporada seguinte será causada apenas por uma diferença nas formas de onda. A aleatoriedade é eliminada com a simulação em laboratório, garantindo a confiabilidade.

Conclusão

A distribuição confiável de energia é uma preocupação dos componentes que podem suportar surtos elétricos de alta energia. As formas de onda exatas necessárias para verificar a resistência do isolamento dos componentes, a resposta de um relé, o comportamento de um para-raios, a coordenação de um disjuntor, a integridade dos enrolamentos de um transformador e a resistência dielétrica de um cabo são encontradas em equipamentos de laboratório. geradores de surto.
Testador de surto de impulso calibrado, especialmente a combinação fornecida por fabricantes renomados como LISUNIsso permite que os engenheiros compreendam adequadamente a capacidade de proteção dos componentes de distribuição. Essa confirmação preditiva elimina falhas em campo, garante o cumprimento dos requisitos de segurança e aumenta a durabilidade da infraestrutura de energia.